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* 연간 평균 CO2 함량은 이미 411ppm이며, 매년 평균 2.5~2.9ppm이 추가돼 온실 효과 가열
* 전 세계 연간 CO2 배출량은 현재 약 360억 톤, 이론적으로, 한계를 넘으려면 10년 남아
* 이미 20개 이상의 상업용 플랜트가 배기가스에서 CO2 포집을 대규모로 운영 중
* 전 세계 CO2 배출량의 약 8%를 차지하는 시멘트 산업에 우선 적용 필요

CO2 포집 - 하지만 어떻게?

연도(flue gas, 煙道)가스및 대기에서 이산화탄소를 제거하는 방법

연도가스와 대기에서 이산화탄소를 목표로 포집하지 않으면 기후 변화를 막을 수 없다.
이는 기후 변화에 관한 정부간협의체(IPCC)가 최근 보고서에서 인정한 내용이다. 그러나 CO2 포집에는 함정이 있다. 특히 CO2 수준이 낮을 때 공정이 여전히 비싸고 그다지 효과적이지 않다. 그러나 새로운 기술을 사용한 첫 번째 테스트는 전 세계적으로 실행되고 있다. 

▲ CO2는 배기 가스 또는 대기에서 어떻게 분리할 수 있을까?

탄소 포집 기술의 뒤에 숨은 아이디어는 분명하다. 산업과 에너지 생성을 완전히 탈 탄소화할 수 없는 한 CO2가 방출될 것이다. 이 온실가스가 대기 중으로 들어가는 것을 막으려면 늦어도 굴뚝에서 분리해서 처리하거나 저장해야 한다.
나머지 가스에서 CO2를 어떻게 분리할까?
어떤 방법이 공기 포집에 적합할까?
대기에서 직접 CO2를 분리하는 방법은 무엇이 있을까?

기후 보호의 "갭 필러(Gap Filler)"로서의 CO2 포집

사실은 분명하다.
인류가 기후 변화를 합리적으로 견딜 수 있는 수준으로 제한하려면 대기 중 이산화탄소 수준이 통제 없이 계속 상승해서는 안 된다. 연간 평균 CO2 함량은 이미 411ppm이며, 매년 평균 2.5~2.9ppm이 추가돼 온실 효과를 더욱 가열시키고 있다.

제한된 CO2 예산

이론적으로 필요한 조치는 명백하다.
인류는 향후 수십 년 내에 CO2 배출량을 순 0(zero)으로 줄여야 한다. 나머지 CO2 배출 예산은 관리할 수 있다. 세계 기후 보고서에 따르면 현재 온난화가 산업화 이전 값과 비교하여 1.5도로 제한된다면 모든 인류는 최대 3천억 톤의 CO2만 배출할 수 있다. 비교하자면, 전 세계 연간 CO2 배출량은 현재 약 360억 톤이다. 순전히 이론적인 용어로, 한계를 넘으려면 10년이 채 남지 않았다. 

▲ CO2 예산: 지금까지 배출된 CO2와 기후 보호 목표를 달성하기 위한 남은 양. © IPCC / WBG I AR6

IPCC에 따르면 2도 목표의 배출 예산은 약 900기가톤의 CO2이다.
이것은 우리에게 더 심각한 기후 영향으로 살 시간을 조금 더 준다. 그러나 우리 산업, 경제 및 에너지 시스템의 구조 조정은 가까운 장래에 모든 CO2 배출을 피할 만큼 충분히 진전되지 않았다. 가장 야심찬 기후 보호에도 불구하고 10년 이상이 필요할 것이다.

연도가스 또는 대기에서 캡처

여기에서 탄소 포집이 시작됐다.
즉, 연도가스 또는 대기에서 직접 CO2를 포집하는 것이다.
첫 번째 경우 온실가스는 굴뚝을 떠나기 전에 공장이나 발전소의 연도가스 흐름에서 필터링된다. 이것은 대기 중으로 방출되기 전에 배출물에서 CO2를 제거한다. 전 세계적으로 이미 20개 이상의 상업용 플랜트가 배기가스에서 이러한 CO2 포집을 대규모로 운영하고 있으며 다수의 소규모 파일럿 플랜트가 있다.

▲ 스위스의 Climeworks 회사가 2017년에 개장한 파일럿 플랜트

▲ 스위스의 Climeworks 회사가 2017년에 개장한 파일럿 플랜트의 작동 원리

IEA(International Energy Agency)는 연간 약 4천만 톤의 CO2 용량을 추정했다.
소위 직접 공기 포집(DAC)을 사용하면 CO2가 발생원에서 시작되지 않고 주변 대기에서 회수된다. 이러한 방식으로 DAC는 이후와 같이 대기 중 CO2 함량을 낮추기 위한 것이다. IEA에 따르면 현재 유럽, 미국 및 캐나다에 약 15개의 DAC 시스템이 있다. 

▲ 스위스에서 직접 공기 포집을 위한 파일럿 시스템.

그중에는 스위스의 Climeworks 회사가 2017년에 개장한 파일럿 플랜트와 아이슬란드의 더 큰 플랜트가 있다. 이 플랜트는 매년 대기에서 4천 톤의 CO2를 추출해 탄산염 암석의 형태로 지하에 묶는다.

"완고한" 산업을 위한 기회

전문가들은 무엇보다도 오늘날의 기술로 CO2 배출량을 줄이기 어려운 "굴뚝"(연소 후)에서 탄소 포집에 대한 큰 잠재력을 보고 있다. 이는 우선적으로 전 세계 CO2 배출량의 약 8%를 차지하는 시멘트 산업에 적용된다. CO2는 한편으로는 생석회(CaCO3)를 소석회(CaO)로 전환하는 과정, 다른 한편으로는 후속 연소 과정에서 생성된다.

국제 에너지 기구(IEA)의 최근 보고서에 따르면 "탄소 포집 및 사용은 문자 그대로 시멘트 생산에서 강력한 배출 감소를 달성할 수 있는 유일한 확장 가능한 기술 솔루션이다"고 말한다. 그곳에서 생성되는 CO2의 2/3는 화학적으로 발생하고 따라서 거의 피할 수 없기 때문이다.

▲ 철강 산업과 같은 일부 산업 분야는 특히 CO2 집약적이며 빠르게 전환할 수 없다.

철강 산업과 화학 산업의 일부 영역에서도 CO2 차단은 중요한 잠정 솔루션이 될 수 있다. IEA에 따르면, "CO2 포집의 구현은 철강 생산 비용을 10% 미만으로 증가시키는 반면, 전기분해에서 수소를 기반으로 한 접근 방식은 35~70% 더 비싸다"고 한다. 또한 대규모 수소 기반 철강 생산을 가능하게 하는 "녹색" 수소가 단기간에 생산될 수 없다.

CO2 포집이 얼마나 효과적이고 저렴한가는 CO2를 분리할 가스 혼합물과 어떤 방법을 사용하는지에 따라 크게 달라진다. (계속)

 

[더사이언스플러스] "No Science No Future"

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